气候变化下矿物相关土壤有机质的全球分布、形成和归宿：基于特征的视角,Functional Ecology

土壤有机质 (SOM) 是陆地碳 (C) 循环的基础。它拥有比大气和全球植被总和更多的 C，并在 C、氮 (N) 和其他营养物质在大气和陆地之间循环时调节它们的流动（Scharlemann 等人，  2014 年）。至关重要的是，SOM 不是同质的，而是在其化学成分、分子大小、与矿物基质的关联程度和对气候变化的响应方面复杂。为了提炼这种复杂性，SOM 在功能上可以分为两个主要部分：矿物相关有机物 (MAOM) 和颗粒有机物 (POM) (Cambardella & Elliott,  1992 ; Lavallee et al.,  2020）。MAOM 描述了与淤泥和粘土大小的土壤矿物质密切相关的 OM 部分，主要由相对较小的生物聚合物和单体组成（Lehmann & Kleber，  2015 年）。相比之下，POM 主要由结构更复杂、重量轻、部分分解的有机化合物（例如落叶碎片）组成。虽然有机土壤（如泥炭地）中的 SOM 几乎完全是 POM，但在地球的矿质土壤中，MAOM 和 POM 被整合到土壤团聚体和孔隙网络的复杂三维结构中，进一步调节了 SOM 的储存和周转。

在全球范围内，MAOM 占陆地生物圈总有机碳的约 34%–51%，在地球的矿质土壤中，SOM 中平均约 65% 的碳是 MAOM-C（图 1；Georgiou，  2022 年）。然而，MAOM-C 的相对比例因生态系统和土壤类型而异——从 SOM 池的不到 1/4 到 90% 以上（Kleber 等人，  2015 年）。除了大小之外，MAOM 与矿质土壤中的 POM 的区别在于几个关键特征。MAOM 的 C:N 比相对于 POM 更低，因此营养密度更高——含有更简单的化合物，更容易被植物和微生物吸收（Williams et al.,  2018）。虽然 POM 池理论上可以无限期地积累 OM，但由于矿物基质的有限吸附能力，MAOM 池最终可能会饱和，尤其是在低粘土中（Hassink，  1997 年）。而且，在整个土壤层中，MAOM 的循环速度通常比 POM 慢（Heckman 等人，  2022 年），因为分解剂和 OM 之间的相互作用受到矿物基质复杂的三维结构以及促进土壤物理化学性质的限制。 OM 的吸附和顺序分层（Gao 等人，  2018 年；Kleber 等人，  2021 年）。

然而，MAOM 并不是一成不变的缓慢循环。在某些情况下——例如热带森林、苔原和一些温带森林的表层土壤——MAOM 和 POM 的周转时间大致相同（Heckman 等人，  2022 年；Pries 等人，  2017 年）。MAOM 的一个子集是高度动态的，这种“快速循环”或“动力学”MAOM 可以服务于除长期 C 储存之外的不同生态系统功能，例如作为植物的重要 N 来源（Jilling 等人，  2018 年） . 因此，当“矿物稳定”OM 等术语与矿物伴生 OM 同义使用时，可能会产生误导，因为矿物伴生不一定能带来长期持久性（Keiluweit 等人，  2015 年；Li 等人，  2021 年） ）。

在本文中，我们使用术语“矿物相关”来指代将 OM 封装在矿物基质中的微孔或微聚集体中的过程，和/或涉及 OM 直接或通过有机-有机相互作用吸附到矿物表面的过程（Kleber 等人.，  2021 年；Possinger 等人，  2020 年）。越来越多的证据表明，OM 不会在矿物表面形成均匀的涂层，而是随着时间的推移随着 OM 化合物相互作用而形成不同的分层斑块（Vogel 等人，  2014 年）。在操作上，MAOM 由其较重的密度定义（即 >1.6–1.85 g/cm 3) 和/或其较小的粒径（例如